高频电子线路第6章混频
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
此外电视差转机收发频道的转换，卫星通信中上 行、下行频率的变换等等都必须采用混频器。
混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带 通滤波器组成，如图6.2所示。
信号相乘电路的输入信号一个是外来的已调波us ，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u1。us与u1 相乘产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频( 或和频)信号ui。
图6.1(a)画出了混频器输入、输出信号的时域波形 。经过混频，信号的载频由高频变成中频，但包络的 形状不变。图6.1(b)画出了输入与输出信号的频谱。经 过混频，载波频率由高频fs变成中频fi，频谱结构没有 变化。所以混频是线性频率变换，也是频谱搬移。
•图6.1 混频器功能图
在无线电技术中，混频的应用非常普遍。在超外 差式接收机中，所有输入信号的频率都要变成中频， 广播收音机的中频等于465kHz，电视接收机的中频等 于38MHz。在发射机中，为了提高发射信号的频率稳 定度，采用一个频率较低的石英晶体振荡器做主振荡 器，产生一个频率非常稳定的主振信号，然后经过频 率的加、减、乘、除运算变换成射频。
•(6.2―11)
•(6.2―12)
由以上分析可得到晶体三极管混频器的交流等效 电路如图6.6所示, 据此可导出三极管混频器的电压增 益为
•功率增 益
•(6.2―13) •(6.2―14)
•图6.6 晶体三极管混频器交流等效电路
混频跨导gc越大, KVc、KPc越高。gc大小与晶体管 参数、本振电压幅度和静态偏置电压有关。图6.7和图
•图6.2 混频电路的组成框图
1.混频增益KPc
混频增益是指混频器输出的中频信号功率Pi与输 入信号功率Ps之比。
•用分贝表示为
•(6.1―1)
•(6.1―2)
•混频增益的高低与混频电路的形式有关。二极管 混频电路的增益KPc＜1；三极管、场效应管和模拟 乘法器构成的混频电路，其增益可以大于1。
高频电子线路第6章混频
2020年8月2日星期日
6.1 概述
混频(或变频)是将信号的频率由一个数值变换成另 一个数值的过程。完成这种功能的电路叫混频器(或变 频器)。如广播收音机，中波波段信号载波的频率为 535kHz~1.6MHz，接收机中本地振荡的频率相应为 1~2.065MHz，在混频器中这两个信号的频率相减，输 出信号的频率等于中频频率465kHz。
uBE=EB+u1+us
•图6.3 晶体三极管混频器
由于U1m>>Usm，且Usm<1, 所以三极管混频器电路是线 性时变电路。EB+u1是时变工作点电压。在时变工作点 附近，把iC用台劳级数展开
•(6.2―1) • 其中，第一项iC0=f(EB+u1)称为混频器的静态时变 集电极电流, 如图6.4所示。可用傅氏级数展开为
•它仍然是AM调幅波, 但载波频率变成了ωi
仿照集电极回路的分析方法，三极管混频器的输 入回路基极电流iB与输入电压us的关系也可近似写成
•(6.2―9) • 其中，iB0为静态时变输入电流(受u1控制)；gi(t)是 时变输入电导，把它用傅氏级数展开
•(6.2―10 • 由于混频器输入回路调谐于信号频率fs，因) 此分 析混频器wk.baidu.com仅考虑基极电流iB中的信号频率电流
•(6.2―7)
这里 RL为LC并联谐振回路的有载谐振阻抗。中频 输出电压的幅度
•若输入信号us是普通调幅波，即 us=Usmo(1+macosΩt)cosωCt。
•(6.2―8 )
•如果带通滤波器的带宽足够，即B>2Ω，带内阻抗可近 似等于有载谐振阻抗RL。输出的中频电压近似等于 ui=gcRLUsmo(1+macosΩt)cosωit。
6.2 混频电路
6.2.1 三极管混频器
三极管混频器电路如图6.3所示。设接收的信号
us=Usmcosωst，本机振荡电压u1=U1mcosω1t，基极直流 偏置电压为EB，集电极负载为谐振频率等于中频fi=f1fs的带通滤波器。忽略基调效应时，集电极电流iC可近 似表示为uBE的单元函数，
iC=f(uBE),
• (6.2―4)
••‘'
• 图6.5 时变跨导 g(t)
其中，中频电流分量，即本振频率与信号频率的 差频分量等于
•式中
•集电极中频电流幅度 •输入信号电压幅度
•(6.2―5) •(6.2―6)
• 称其为混频跨导，其值等于基波跨导的一半。在 忽略晶体管输出阻抗的情况下，经集电极带通滤波器 的滤波，取出中频电压
•(6.2―2 )
•iC
0
•图6.4 静态时变集电极电流
式(6.2―1)中，f′(EB+u1)是晶体三极管的时变跨导 g(t)，其波形如图6.5所示。同样可以把g(t)用傅氏级数 展开
•(6.2― 3) • 式中，g0是时变电导的平均分量(直流跨导)；g1 是基波跨导；g2称为二次谐波跨导。因此，式(6.2―1) 中的第二项可以写成
2. 噪声系数NF 噪声系数的定义为
•输入信号功率与输入噪声功率之比 •输出信号功率与输出噪声功率之比
由于电路内部噪声的存在。输出信噪比总是小于 输入信噪比，所以噪声系数NF始终大于1。
NF越大，说明电路的内部噪声越大；NF越小，说 明电路内部噪声越小。理想情况，电路内部无噪声， NF=1。
混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声 性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关 重要的。
6.8分别画出了gc与U1m和EB关系曲线。由图可见，gc与 U1m和EB的关系是非线性关系，U1m和EB过大或过小， gc都较小，只有在一段范围内gc较大。
•图6.7 g(t)、gc与U1m的关系
3. 混频失真与干扰 混频器的失真有频率失真和非线性失真。此外， 由于器件的非线性还存在着组合频率。某些组合频率 往往是伴随有用信号而存在的，严重地影响了混频器 的正常工作及性能,称之为组合频率干扰。因此，如何 减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。
4. 选择性 所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而 滤除其他信号的能力。选择性越好输出信号的频谱纯 度越高。选择性主要取决于混频器输出端的中频带通 滤波器的性能。 另外，对混频器的要求还有动态范围、稳定性等 等。
混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带 通滤波器组成，如图6.2所示。
信号相乘电路的输入信号一个是外来的已调波us ，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u1。us与u1 相乘产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频( 或和频)信号ui。
图6.1(a)画出了混频器输入、输出信号的时域波形 。经过混频，信号的载频由高频变成中频，但包络的 形状不变。图6.1(b)画出了输入与输出信号的频谱。经 过混频，载波频率由高频fs变成中频fi，频谱结构没有 变化。所以混频是线性频率变换，也是频谱搬移。
•图6.1 混频器功能图
在无线电技术中，混频的应用非常普遍。在超外 差式接收机中，所有输入信号的频率都要变成中频， 广播收音机的中频等于465kHz，电视接收机的中频等 于38MHz。在发射机中，为了提高发射信号的频率稳 定度，采用一个频率较低的石英晶体振荡器做主振荡 器，产生一个频率非常稳定的主振信号，然后经过频 率的加、减、乘、除运算变换成射频。
•(6.2―11)
•(6.2―12)
由以上分析可得到晶体三极管混频器的交流等效 电路如图6.6所示, 据此可导出三极管混频器的电压增 益为
•功率增 益
•(6.2―13) •(6.2―14)
•图6.6 晶体三极管混频器交流等效电路
混频跨导gc越大, KVc、KPc越高。gc大小与晶体管 参数、本振电压幅度和静态偏置电压有关。图6.7和图
•图6.2 混频电路的组成框图
1.混频增益KPc
混频增益是指混频器输出的中频信号功率Pi与输 入信号功率Ps之比。
•用分贝表示为
•(6.1―1)
•(6.1―2)
•混频增益的高低与混频电路的形式有关。二极管 混频电路的增益KPc＜1；三极管、场效应管和模拟 乘法器构成的混频电路，其增益可以大于1。
高频电子线路第6章混频
2020年8月2日星期日
6.1 概述
混频(或变频)是将信号的频率由一个数值变换成另 一个数值的过程。完成这种功能的电路叫混频器(或变 频器)。如广播收音机，中波波段信号载波的频率为 535kHz~1.6MHz，接收机中本地振荡的频率相应为 1~2.065MHz，在混频器中这两个信号的频率相减，输 出信号的频率等于中频频率465kHz。
uBE=EB+u1+us
•图6.3 晶体三极管混频器
由于U1m>>Usm，且Usm<1, 所以三极管混频器电路是线 性时变电路。EB+u1是时变工作点电压。在时变工作点 附近，把iC用台劳级数展开
•(6.2―1) • 其中，第一项iC0=f(EB+u1)称为混频器的静态时变 集电极电流, 如图6.4所示。可用傅氏级数展开为
•它仍然是AM调幅波, 但载波频率变成了ωi
仿照集电极回路的分析方法，三极管混频器的输 入回路基极电流iB与输入电压us的关系也可近似写成
•(6.2―9) • 其中，iB0为静态时变输入电流(受u1控制)；gi(t)是 时变输入电导，把它用傅氏级数展开
•(6.2―10 • 由于混频器输入回路调谐于信号频率fs，因) 此分 析混频器wk.baidu.com仅考虑基极电流iB中的信号频率电流
•(6.2―7)
这里 RL为LC并联谐振回路的有载谐振阻抗。中频 输出电压的幅度
•若输入信号us是普通调幅波，即 us=Usmo(1+macosΩt)cosωCt。
•(6.2―8 )
•如果带通滤波器的带宽足够，即B>2Ω，带内阻抗可近 似等于有载谐振阻抗RL。输出的中频电压近似等于 ui=gcRLUsmo(1+macosΩt)cosωit。
6.2 混频电路
6.2.1 三极管混频器
三极管混频器电路如图6.3所示。设接收的信号
us=Usmcosωst，本机振荡电压u1=U1mcosω1t，基极直流 偏置电压为EB，集电极负载为谐振频率等于中频fi=f1fs的带通滤波器。忽略基调效应时，集电极电流iC可近 似表示为uBE的单元函数，
iC=f(uBE),
• (6.2―4)
••‘'
• 图6.5 时变跨导 g(t)
其中，中频电流分量，即本振频率与信号频率的 差频分量等于
•式中
•集电极中频电流幅度 •输入信号电压幅度
•(6.2―5) •(6.2―6)
• 称其为混频跨导，其值等于基波跨导的一半。在 忽略晶体管输出阻抗的情况下，经集电极带通滤波器 的滤波，取出中频电压
•(6.2―2 )
•iC
0
•图6.4 静态时变集电极电流
式(6.2―1)中，f′(EB+u1)是晶体三极管的时变跨导 g(t)，其波形如图6.5所示。同样可以把g(t)用傅氏级数 展开
•(6.2― 3) • 式中，g0是时变电导的平均分量(直流跨导)；g1 是基波跨导；g2称为二次谐波跨导。因此，式(6.2―1) 中的第二项可以写成
2. 噪声系数NF 噪声系数的定义为
•输入信号功率与输入噪声功率之比 •输出信号功率与输出噪声功率之比
由于电路内部噪声的存在。输出信噪比总是小于 输入信噪比，所以噪声系数NF始终大于1。
NF越大，说明电路的内部噪声越大；NF越小，说 明电路内部噪声越小。理想情况，电路内部无噪声， NF=1。
混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声 性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关 重要的。
6.8分别画出了gc与U1m和EB关系曲线。由图可见，gc与 U1m和EB的关系是非线性关系，U1m和EB过大或过小， gc都较小，只有在一段范围内gc较大。
•图6.7 g(t)、gc与U1m的关系
3. 混频失真与干扰 混频器的失真有频率失真和非线性失真。此外， 由于器件的非线性还存在着组合频率。某些组合频率 往往是伴随有用信号而存在的，严重地影响了混频器 的正常工作及性能,称之为组合频率干扰。因此，如何 减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。
4. 选择性 所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而 滤除其他信号的能力。选择性越好输出信号的频谱纯 度越高。选择性主要取决于混频器输出端的中频带通 滤波器的性能。 另外，对混频器的要求还有动态范围、稳定性等 等。